工業(yè)鍋爐水位微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 引言1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義工業(yè)鍋爐是能源轉(zhuǎn)換和能源消耗的重要設(shè)備。由于我國工業(yè)鍋爐生產(chǎn)操作水平落后，造成大量的熱能丟失，經(jīng)濟(jì)效益很低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的逐步普及，工業(yè)鍋爐開始采用微型機(jī)算計(jì)控制。實(shí)踐證明，工業(yè)鍋爐實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)控制，是鍋爐安全生產(chǎn)，提高熱效率，節(jié)約能源的一大創(chuàng)舉，也為鍋爐生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。鍋爐控制的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調(diào)節(jié),使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)，雖然鍋爐汽包水位對蒸汽流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性，但是在負(fù)荷(蒸汽流量)急劇增加時，表現(xiàn)卻類似逆響應(yīng)特性，即所謂的虛假水位。造成這一原因是由于負(fù)

2、荷增加時，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。1.2 應(yīng)解決的主要問題本設(shè)計(jì)主要解決傳感器的選擇（溫度，壓力，水位）、輸出道的設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)。其所能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為（1）可以對鍋爐水位，蒸汽量和給水量分別采集（2）通過單片機(jī)控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)（3）具有鍵盤顯示功能（4）具有報(bào)警功能當(dāng)水位超過上限或下限時，

3、能及時報(bào)警。目前國內(nèi)外隨便科學(xué)技術(shù)技術(shù)的發(fā)展，都采用三沖量水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該控制引進(jìn)蒸汽流量和給水流量信號作為控制信號，系統(tǒng)動作及時，有較強(qiáng)的抗干擾能力，因此得到廣泛的應(yīng)用。1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前在國內(nèi)外主要用微型機(jī)算機(jī)控制系統(tǒng)來控制鍋爐。微型機(jī)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，其控制功能要通過內(nèi)部的控制程序來實(shí)現(xiàn)，人們只需要改變這些程序，就可以更改鍋爐設(shè)備的控制功能，以適應(yīng)新的控制要求而不需要改動硬件系統(tǒng)。這種靈活性在硬聯(lián)邏輯系統(tǒng)中是沒有的。因此，掌握微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制技術(shù)，是開發(fā)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個重要課題。在國內(nèi)主要有，單、雙、三沖量控制系統(tǒng)來控制鍋爐汽包水位。單沖量控制系統(tǒng)以鍋爐

4、鍋筒水位為唯一信號的鍋爐給水連續(xù)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)由水位變送器，伺服放大器，執(zhí)行器和給水調(diào)節(jié)閥組成。水位變送器將水位信號送到調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)實(shí)測水位和給定值的偏差，經(jīng)過運(yùn)算放大后輸出調(diào)節(jié)信號，驅(qū)動執(zhí)行器改變調(diào)節(jié)閥開度，改變鍋爐上水量，使水位控制在容許范圍內(nèi)。在單沖量水位自動調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號，便構(gòu)成所謂的雙沖量水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。前饋控制的主要特點(diǎn)是根據(jù)擾動的大小直接調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)作用在擾動發(fā)生的同時起作用，從而減小擾動造成的被控參數(shù)的變化。引入蒸汽流量前饋信號可以消除虛假水位對水位控制的不良影響，減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而造成的調(diào)節(jié)誤動作。在雙沖量水位自動調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，為解決給

5、水壓力不穩(wěn)而造成調(diào)節(jié)性下降的問題，引入給水流量作為調(diào)節(jié)器的反饋信號。它采用蒸汽流量作為前饋信號，克服負(fù)荷變化引起的外擾動，減少假水位引起的調(diào)節(jié)器誤動作；用給水流量作為反饋信號，克服內(nèi)擾影響，穩(wěn)定給水量，可以進(jìn)一步改善給水調(diào)節(jié)質(zhì)量。由常規(guī)儀表和調(diào)節(jié)儀表構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)，雖然具有可靠性高，成本低，易于維護(hù)和操作等優(yōu)點(diǎn)，并在大中小企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，解決了不少自動化方面的問題。但是隨著生產(chǎn)向大型化連續(xù)化發(fā)展，對自動化技術(shù)的要求越來越高，模擬自動控制系統(tǒng)越來越表現(xiàn)出它的局限性。例如它難以實(shí)現(xiàn)多變量控制，復(fù)雜控制規(guī)律的控制，最優(yōu)控制，自適應(yīng)控制，以及時變控制等；模擬控制屏越來越長，難以實(shí)現(xiàn)集中控制

6、；各條系統(tǒng)之間不便進(jìn)行通訊聯(lián)系，難以實(shí)現(xiàn)多級控制；控制方案的修改比較麻煩。如果采用計(jì)算機(jī)作為自動化工具的過程控制系統(tǒng)，就能很好地解決模擬控制系統(tǒng)存在的上述問題。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要熱力設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求量非常大的，然而我國的能源利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，有這極為重要的實(shí)際意義。此外，是鍋爐能以地制宜地有效地燃用地方燃料，并為滿足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問題，以提高操作管理水平，減輕勞動強(qiáng)度，保證鍋爐額定運(yùn)行及運(yùn)行效率，安全可靠地供熱等問題。1.4 指導(dǎo)思想采用三沖量水位控制系統(tǒng)，以鍋爐水位為主控信號，蒸

7、汽流量為前饋信號，給水量為控制器的反饋信號來控制給水量。其目的是通過單片機(jī)的控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)水位超過上限或下限時，能及時報(bào)警并采取相應(yīng)的措施。充分體現(xiàn)三沖量控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，系統(tǒng)功能完善，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，能耗小，擴(kuò)展靈活，便于維護(hù)，并且可靠性高，而且還極大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)自動化程度較高，大大降低了操作者勞動強(qiáng)度，降低了成本，綜合性強(qiáng)，實(shí)用性好，保障鍋爐正常運(yùn)行。2 設(shè)計(jì)方案 工業(yè)鍋爐汽包水位的自動控制，根據(jù)鍋爐容量大小，供給蒸汽（或熱水）的使用要求不同，通常有單沖量自動控制系統(tǒng)、雙沖量自動控制系統(tǒng)和三沖量自動控制系統(tǒng)三種形式。2.1 單沖量水位控

8、制系統(tǒng)單沖量水位控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號為唯一的控制信號即水位測量信號經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來保持汽包水位在容許的范圍內(nèi)。單沖量水位自動控制系統(tǒng)，是汽包水位自動控制中最簡單最基本的一種形式。對于中小型鍋爐在蒸汽負(fù)荷變化不大的情況下，水位受到擾動后的反應(yīng)速度比較慢，“虛假水位”現(xiàn)象也不嚴(yán)重，采用單沖量控制系統(tǒng)，一般采用比例調(diào)節(jié)就能滿足生產(chǎn)上的要求，如果采用PI調(diào)節(jié)器，將得到更滿意的效果。單沖量水位存在的問題是：當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化很大時，由于“虛假水位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過程一開始，調(diào)節(jié)器根據(jù)水位先上升去關(guān)小調(diào)節(jié)閥，減少給水量

9、，這個錯誤動作擴(kuò)大了汽包進(jìn)出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。從給水?dāng)_動下的情況看。由于給水總管壓力改變等原因所造成的給水量變動時，調(diào)節(jié)器要等到水位改變后才能動作，而調(diào)節(jié)器動作后又要經(jīng)過一段延遲時間才能影響到水位，因此將導(dǎo)致汽包水位發(fā)生較大的變化，調(diào)節(jié)時間長。12. 2 雙沖量水位控制系統(tǒng)在單沖量汽包水位控制的基礎(chǔ)上，引進(jìn)蒸汽流量作為前饋信號構(gòu)成雙沖量水位自動控制系統(tǒng)。這種水位控制的特點(diǎn)是：引入蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假水位”對控制的不良影響，當(dāng)負(fù)荷蒸汽變化時，就有一個使給水量與蒸汽量同方向變化的信號，可以減小或抵消由于“虛假水位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽流量向相

10、反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向移動。因而大大減小了給水和水位的波動，能夠改善控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高控制質(zhì)量。雙沖量汽包水位控制，能在負(fù)荷變化頻繁的工況下比較好的完成水位控制任務(wù)。在給水壓力比較平衡時，采用雙沖量控制是能夠達(dá)到控制要求的。雙沖量汽包水位控制存在的問題是：控制作用不能及時反映給水方面的擾動，當(dāng)給水量擾動時，控制系統(tǒng)等于單沖量的控制。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常波動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時，不宜采用雙沖量控制。12.3 三沖量水位控制系統(tǒng)近代工業(yè)鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般講鍋爐容量越大，汽包的容水量就越小，容許波動的蓄水量就更少。如果給水中斷，可

11、能在1030s就會發(fā)生危險(xiǎn)水位；如僅是給水量與蒸汽量不相適應(yīng)，在一分鐘到幾分鐘內(nèi)也將發(fā)生缺水或滿水事故。這樣對汽包水位控制要求就更高了。鍋爐的給水量在運(yùn)行生產(chǎn)中經(jīng)常有自發(fā)性變化，當(dāng)幾臺鍋爐并列運(yùn)行時，還可能發(fā)生幾臺鍋爐的汽包水位控制互相干擾的現(xiàn)象。當(dāng)某一臺鍋爐負(fù)荷和給水量改變時，引起給水母管壓力波動而使其他鍋爐的給水量受到擾動。在雙沖量水位調(diào)節(jié)中，對于給水量這種自發(fā)性變化不能及時反映出來，要經(jīng)過一定的延遲時間之后，給水量的擾動才能通過汽包水位的變化而被發(fā)覺，此后在克服擾動時，幾臺鍋爐的水位控制又互相影響，使得控制過程非常復(fù)雜。針對上述情況，為了把水位控制平衡，在雙沖量水位控制的基礎(chǔ)上引入了給水

12、流量信號，這時調(diào)節(jié)器接受三個輸入信號：汽包水位是被調(diào)量，是主沖量信號，蒸汽流量是前饋信號，給水流量是反饋信號，這就是汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)。1 圖2-1 三沖量框圖工業(yè)鍋爐采用三沖量控制系統(tǒng)時，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動作，因而減小了水位和給水流量的波動幅度。當(dāng)由于水壓干擾使給水流量改變時，控制器能迅速消除干擾。如給水流量減少，控制器立即根據(jù)給水流量減少的信號，開大給水閥門，使水流量保持不變。另外，給水流量信號也是控制器動作后的反饋信號，能使控制器及早知道調(diào)節(jié)的效果，所以三沖量給水

13、調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制器動作快，還可以避免調(diào)節(jié)過頭，減少波動和失調(diào)，這樣汽包水位就很少受到影響。從三沖量水位控制系統(tǒng)的可以看出，它由兩個閉合回路組成：（1）是由給水量，調(diào)節(jié)閥，控制器組成的內(nèi)回路；（2）由汽包水位對象和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路，蒸汽流量和分流器均在閉合回路之外，它的引入可以改善調(diào)節(jié)質(zhì)量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。所以三沖量控制的實(shí)質(zhì)是前饋加反饋的控制系統(tǒng)。總之，三沖量汽包水位控制系統(tǒng)，由于引進(jìn)蒸汽流量和給水流量信號作為控制信號，系統(tǒng)動作及時，有較強(qiáng)的抗干擾能力，在較大的階躍擾動時都能有效地控制水位的變化，因而得到了廣泛的引用。2.4 設(shè)計(jì)方案的確定 通過比較看到三沖量控制系統(tǒng)適合本設(shè)計(jì)主

14、要思想，符合我的設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)選用三沖量控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)內(nèi)容是以鍋爐水位為主控信號，蒸汽流量為前饋信號給水量為控制器的反饋信號來控制給水量。通過單片機(jī)的控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)水位超過上限或下限時，能及時報(bào)警并采取相應(yīng)措施。設(shè)計(jì)方案是以蒸汽流量為前饋信號，給水量為控制的反饋信號，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)分析計(jì)算后輸出控制信號，通過控制給水流量來控制鍋爐水位，使鍋爐水位維持在正常的范圍內(nèi)。同時系統(tǒng)對溫度和壓力信號進(jìn)行采集和分析，可對超標(biāo)量的進(jìn)行報(bào)警，同時具有鍵盤、顯示電路和看門狗電路。如圖2-2所示 圖2-2 設(shè)計(jì)方案框圖3 硬件設(shè)計(jì)3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 單片

15、機(jī)選擇 單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（CPU），存儲器和各種輸入，輸出接口，這樣一塊集成電路芯片具有一臺計(jì)算機(jī)的屬性，因而被稱為單片機(jī)微型機(jī)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。MCS是Intel公司生產(chǎn)的單片機(jī)的系列符號，例如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCCS-96系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)包括三個基本型8031，8051，8751。MCS-51由如下幾個功能部件組成：（1）微處理器（2）數(shù)據(jù)存儲器（3）程序存儲器（4）4個8位并行I/O口（5）一個串行口（6）2個16位定時器/計(jì)數(shù)器（7）中斷系統(tǒng)（8）特殊功能寄存器。MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能

16、強(qiáng)等特點(diǎn)，特別值得一提的是MCS-51CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個完整的1位微機(jī)算機(jī)。這個1位計(jì)算機(jī)有自己的CPU，位寄存器，I/O口和指令集。1位機(jī)在開關(guān)決策，邏輯電路仿真，工業(yè)控制方面非常有效：而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相成，它是計(jì)算機(jī)的技術(shù)上的一個突破，本設(shè)計(jì)采用89C-51單片機(jī)。89C-51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片

17、機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。89C51其主要特性為（1）與MCS-51 兼容（2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 （3）壽命：1000寫/擦循環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時間：10年（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz（6）三級程序存儲器鎖定（7）128*8位內(nèi)部RAM（8）32可編程I/O線（9）兩

18、個16位定時器/計(jì)數(shù)器（10）5個中斷源 （11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 。引腳圖如圖3-1所示 圖3-1 89C51引腳圖引腳說明：電源引腳: Vcc（40腳）：典型值5V Vss（20腳）：接低電平外部晶振: X1、X2分別與晶體兩端相連接。當(dāng)采用外部時鐘信號時，X2接振蕩信號， X1接地 輸入輸出口引腳: P0口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P1口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P2口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”. P3口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。控制引腳：RS

19、T/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。 RST/Vpd（9腳）：復(fù)位信號輸入端（高電平有效）。 第二功能：加+5V備用電源，可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)RAM信息不丟失。ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號輸出端。第二功能：編程脈沖輸入。-PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲器使能端。第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。23.1.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì) MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路連接，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的S5P2，施密特觸發(fā)器

20、的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種形式。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源接通時只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位，當(dāng)時鐘頻率選用6MHz時，C取22F時，R取1K歐姆。 除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源接通實(shí)現(xiàn)。23.1.3 時鐘電路選擇MCS-51單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)

21、系統(tǒng)的穩(wěn)定性，常用的時鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另外一種為外部時鐘方式。（1）內(nèi)部時鐘方式MCS-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接晶振和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個自激振蕩器。（2）外部時鐘方式外部時鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號，常用于多片MCS-51單片機(jī)同時工作，以便于多片單片機(jī)之間的同步，一般低于12MHz的方波。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時鐘方式。如圖3-2。 圖3-2 內(nèi)部時鐘電路電路中的電容C1和C2典型值通常取為30pF左右。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小會影響振蕩器頻

22、率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶振的振蕩頻率范圍是在1.2MHZ12MHZ。晶振的頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。23.1.4 “看門狗”電路MCS-51的PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能會使程序陷入死循環(huán)。指令和軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困境，這時系統(tǒng)將完全癱瘓。如果操作人員在場，可按下人工復(fù)位按鈕強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。但操作人員不能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，即使監(jiān)視系統(tǒng)，也往往引起不良后果后才復(fù)位，這就得采用“看門狗”技術(shù)來解決這一問題?！翱撮T狗”技術(shù)就是使用一個計(jì)數(shù)器來不斷計(jì)數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行，若發(fā)現(xiàn)時間超過已知循環(huán)設(shè)定時間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這時計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)

23、迫系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位入口0000H處安排一個出錯處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行正軌。目前“看門狗”電路和掉電保護(hù)電路，都已經(jīng)集成在一片微處理器芯片中，因此MCS-51只需擴(kuò)展一片微處理器監(jiān)控芯片即可。本設(shè)計(jì)采用MAX690芯片。MAX690是美國MAXIM公司的產(chǎn)品，具有以下性能：（1） 具有看門狗電路，進(jìn)入死循環(huán)的時間間隔超過1.6s時，將產(chǎn)生一個復(fù)位輸出。（2） 具有備用電池切換電路，備用電池可供電給RAM芯片（3） 在微處理器上電、掉電及供電電壓時，產(chǎn)生一個復(fù)位輸出信號（4） 可用于低電平檢測3看門狗電路如圖3-3所示 圖3-3 看門狗電路3.2 前向通道設(shè)計(jì)3.2.1 傳感器的選擇 傳感器是一種能

24、將與待測量的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。信號處理電路用于處理信息，而輸出器件是一種利用已處理過的信號的裝置、顯示或動作。 傳感器不但對被測信號敏感，而且具有把它對被測變量的響應(yīng)送出去的功能。也就是說，傳感器不是一般的敏感元件，它的輸出響應(yīng)還必須易于傳送的物理量。例如彈性膜盒的輸出響應(yīng)是形變，是微小的幾何量（位移）不便于遠(yuǎn)距離傳送。如果把膜盒中心的位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輼O板的間隙變化，就稱為輸出響應(yīng)是電容量的壓力傳感器。倘若，再通過適當(dāng)?shù)碾娐肥闺娙萘康拇笮檎袷庮l率的高低，就演變成輸出響應(yīng)是頻率值的壓力傳感器。某些敏感元件的輸出響應(yīng)本來就能夠傳送到別處測量，例如，鉑電阻應(yīng)變電阻的

25、阻值，熱電偶的電動勢等，把這些敏感元件稱為傳感器也未嘗不可。由于電信號便于遠(yuǎn)距離傳送，所以絕大多數(shù)傳感器的輸出是電量的形式，如電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。也有利用壓縮空氣的壓力大小傳送信息的這種方法在抗電磁干擾和防報(bào)安全方面比電傳送要優(yōu)越，但氣源和線路上的投資較大，而且傳送速度較低。近年來利用光纖傳送信號信息的傳感器正在發(fā)展，其抗干擾、防爆、快速性都有突出的優(yōu)點(diǎn)?？傊瑐鞲衅鞯妮敵鑫锢砹坎痪幸桓?，其數(shù)值范圍也沒有一定的范圍限制。3（1） 溫度傳感器選擇 本設(shè)計(jì)采用WP-PT100溫度傳感器，其特性與應(yīng)用：抗震性好，耐高壓，多種溫度型號可選擇，安裝方式多元化，可進(jìn)行OEM定做，應(yīng)用與化

26、纖，橡塑，石油，造紙，水電，食品等設(shè)備的過程溫度測量與控制。其主要技術(shù)參數(shù)測溫元件K，E，J，T，PT100，Cu50測溫范圍-50-600-1300精度等級CLassA；+（0.15+0.2%t）；CLassB；+（0.3+0.5%t）信號輸出：4-20 mADC二線制供電電壓：24Vdc,12-36Vdc安裝方式：螺紋安裝，法蘭安裝，活套安裝應(yīng)用領(lǐng)域：采用歐美鉑電阻元件，利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化，并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進(jìn)行測溫。（2） 壓力傳感器選擇我們在進(jìn)行流量、壓力的信號測量時，所使用的流量傳感器、壓力傳感器都統(tǒng)一裝在了變送器上，即信號同時在變送器中測知，并且把它變成420m

27、A的電信號。 本設(shè)計(jì)采用PT112型壓力傳感器。 PT112/123/133/142高溫熔體壓力傳感器采用進(jìn)口元件，與同類進(jìn)口產(chǎn)品如 Dynisco Gefran 互換，應(yīng)用于橡膠、塑料、化纖滌綸錦綸、聚脂、蒸汽等高溫的精確測量和控制。 PT112系列高溫熔體壓力傳感器是一種基于惠斯登電橋原理而工作的，其耐高溫特性可以應(yīng)用于特殊的的工業(yè)，使其成為橡塑，化纖等機(jī)械設(shè)備中高溫流體壓力測量與控制的理想產(chǎn)品。 其主要技術(shù)參數(shù)為： 量 程：0450MPa 綜合精度：0.1%FS 0.2%FS 0.5%FS 1.0%FS 輸 出 ： 2.0mV/V;3.33mV/V;420mA;05V;15V;010V

28、工作溫度：-10200450； 供電電壓： 傳感器:10VDC(6-12VDC) 變送器:24VDC(936 V) 長期穩(wěn)定性：0.1%FS/年 負(fù)載阻抗：電流型最大800 電壓型50K以上 絕緣電阻：大于2000M 100VDC 振動影響：對于20HZ-1KHZ的機(jī)械振動，輸出變化小于0.1%FS 密封等級：IP65 信號引出：六芯鍍金進(jìn)口接插件 螺紋連接：1/2-20UNF M20*1.5 M22*1.5 G1/2 NTP1/4 M16*1.5 其它螺 紋可按用戶要求設(shè)計(jì) PT112引進(jìn)美國最新傳感器技術(shù)和全套先進(jìn)電路及元器件生產(chǎn)的高精度壓傳感器，一體化的不銹鋼外殼封裝和輸出標(biāo)準(zhǔn)信號.芯片

29、采用特殊進(jìn)口材質(zhì),高穩(wěn)定性壓力傳感器組件,經(jīng)過高可靠的放大電路及溫度補(bǔ)償,性能更好。外盒采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。該產(chǎn)品有多種接口形式和多種引線 方式,能夠最大限度滿足客戶的需要,適用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、 醫(yī)療、電力，空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。5（3）水位傳感器選擇本設(shè)計(jì)采用CR-601C型水位傳感器CR-60系列電容式液位變送器，適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測可導(dǎo)電的液體。特別適合測量酸堿溶液和鍋爐的水位。整機(jī)無任何可動或彈性部件，耐沖擊、安裝方便、可靠性高、精度高、性能價(jià)格比好。替代傳統(tǒng)的浮

30、球式、投入式、差壓式等液位變送器在各種場合下應(yīng)用有不可比擬的優(yōu)勢。 其性能指標(biāo)： 檢測范圍：0.1100m 精 度: 0.2級、0.5級 承壓范圍: -0.1MPa32MPa 環(huán)境溫度:-2085 輸出信號:420mA、010 mA、020 mA、15V、05V、010V 供電電源:負(fù)載電阻0750 DC24V 固定方式:螺紋安裝M201.5、M272， 法蘭安裝DN25、DN40、DN50。特殊規(guī)格可按要求定制 現(xiàn)場顯示：模擬顯示0100%或者直接顯示液位高度 CR-60系列電容式液位變送器可將各種液位參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號、遠(yuǎn)傳至操作控制室，供二次儀表或計(jì)算機(jī)裝置進(jìn)行集中顯示、報(bào)警或

31、自動控制。其良好的結(jié)構(gòu)及安裝方式，可適用于高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞、防冷結(jié)等特殊條件下液位的連續(xù)檢測，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、食品、制藥等各行業(yè)和污水處理、鍋爐汽包、煤粉包等場所的液位測量。儀表特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，無任何可動或彈性元部件，因此可靠性極高，維護(hù)量極少。一般情況下，不必進(jìn)行常規(guī)的大、中、小維修：多種信號輸出，方便不同系統(tǒng)配置；可用于高溫高壓容器的液位測量，且測量值不受被測液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響；特別適用于酸、堿等強(qiáng)腐蝕性液體的測量；完善的過流、過壓、電源極性保護(hù)。5（4）流量傳感器選擇 本設(shè)計(jì)采用LUGB-21流量傳感器。LUGB21/ZX渦街流量傳感器是一種

32、新型流量傳感器，可以用于多種數(shù)據(jù)散集系統(tǒng)，與XS型流量顯示儀配套組成流量計(jì)，用于測量管道中液體、氣體、蒸汽的瞬時流量和累積流量，并輸出信號控制相應(yīng)設(shè)備。該傳感器廣泛用于電力、機(jī)械、輕工、冶金、石油、化工、造紙、科研及城市供水、供熱、供氣以及各種工業(yè)過程控制、能源管理和環(huán)境工程等領(lǐng)域。LUGB21/ZX渦街流量傳感器工作原理： “卡門渦街”原理，當(dāng)流體流經(jīng)傳感器本體內(nèi)的三角柱時，柱體兩側(cè)交錯產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，使柱體后的探頭體產(chǎn)生交變應(yīng)力；埋設(shè)在探頭體內(nèi)的壓電元件受交變應(yīng)力作用產(chǎn)生的交變電荷分別送給二個電荷轉(zhuǎn)換器，經(jīng)檢測放大器信號處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號或標(biāo)準(zhǔn)電流信號。LUGB21/ZX渦街流量傳

33、感器主要特點(diǎn)： 流量傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測介質(zhì)接觸，故性能穩(wěn)定，可靠性高流量傳感器內(nèi)無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單牢固，因而壓損小，維護(hù)量小，使用壽命長測量范圍度寬：可達(dá)15：1，20：1顯示：可選配XS型分體顯示表，顯示瞬時流量與累積流量LUGB21/ZX渦街流量傳感器主要技術(shù)參數(shù)：型號說明：LUGB-21不帶現(xiàn)場顯示、LUGB-ZX帶現(xiàn)場顯示，可顯示瞬時流量和累積流量測量介質(zhì)：液體、氣體、過熱/飽和蒸汽環(huán)境溫度：-2555，濕度：85%介質(zhì)溫度：（1）普通型：-40130，-10250（2）高溫型：-10300，-10380（3）防爆型：-4080精度等級：液體1%；氣體1%；蒸汽1.5%輸出

34、信號：（1）三線制電壓脈沖低電平01V；高電平4V；占空比為50%（2）二線制電流信號420MA供電：24VDC，工作壓力：02.5MPA3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計(jì)思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同，性能不同的A/D轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)運(yùn)而生。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) （1）轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換時間：A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間。轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。并行式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間最短為20-50ns,5*107-2*107次/S

35、（2）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率一般用輸出的二進(jìn)制來表示。 （3）轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度定義為一個實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與一個理想A/D轉(zhuǎn)換器在量值上的差值。本設(shè)計(jì)采用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是一個逐次比較式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。引腳圖如圖3-4所示。 圖3-4 ADC0809引腳圖主要特性1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3）轉(zhuǎn)換時間為100s4）單個5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐

36、次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 .外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電 （轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸

37、入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入 一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)

38、果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上. ADC0809轉(zhuǎn)換是采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的+5V供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選一的模擬開關(guān)，由A，B，C引腳的編碼來確定所選通道。0809完成一次轉(zhuǎn)換需要100us左右，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上，通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809可對0-5V的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。6如上所說，其0809接線圖如圖3-5所示。 圖3-5 ADC0809接線圖3.3 后向通道設(shè)計(jì)3.3.1 DA轉(zhuǎn)換 本設(shè)計(jì)采用DA轉(zhuǎn)換器DAC0832。 美國國家半導(dǎo)體公司的DAC0832芯片是一個具有2個輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC，它能直接與MCS

39、-51單片機(jī)相連接，其主要特性如下： （1）分辨率為八位 （2）電流輸出，穩(wěn)定時間為1us （3）可緩沖雙輸入，單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入 （4）單一電源供電 （5）低功耗DAC主要應(yīng)用：單極性電壓輸出；雙極性電壓輸出；程控放大器。6DAC0832的引腳圖如圖3-6所示 圖3-6 DAC0832引腳圖DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。 CS：片選信號輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。 WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。 Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時Iout1最大

40、。 Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 Rfb:反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v+15v) Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (-10v+10v) AGND:模擬地,摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地. DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好. DAC0832與單片機(jī)接線圖3-7所示。 圖3-7 DAC0832與單片機(jī)接線 3.3.2 V/I轉(zhuǎn)換芯片選擇 本設(shè)計(jì)采用V/I轉(zhuǎn)換芯片AD694。 AD694產(chǎn)品是一個單片電流變送器接受高層次的信號輸入標(biāo)準(zhǔn)4 -20毫安電流回路為控制閥門，執(zhí)行器和其他裝置中常用的過程控制。輸入信號緩沖，是由一個輸入放

41、大器，可用于大規(guī)模輸入信號或緩沖輸出從一個電流模式展。輻射校正輸入跨度為0 V至2V和0 V至10 V被選上的簡單針捷，其他跨度可能被編程與外部電阻器。輸出級延伸到2.5Vs和其特殊設(shè)計(jì)允許輸出電壓，以擴(kuò)大共同下文，在雙電源運(yùn)作。鬧鈴警告的一個開放4-20或不合格的輸出階段。AD694產(chǎn)品的薄膜電阻結(jié)果在高水平的精度，而不需要額外調(diào)整和標(biāo)定。外部通過晶體管可用于與AD694產(chǎn)品，以場外負(fù)載功率損耗，延長溫度范圍內(nèi)運(yùn)作。 AD694產(chǎn)品，要求噪音免疫4-20A信號傳輸操作閥門，執(zhí)行器，以及其他控制裝置，以及用于傳輸?shù)墓に噮?shù)如壓力，溫度，流量。它是建議作為一項(xiàng)替代分立設(shè)計(jì)中的各種應(yīng)用在工業(yè)過程控

42、制，工廠 ，自動化和系統(tǒng)監(jiān)控。 其特點(diǎn)： 輸出范圍 4-20mA輻射校正輸入范圍:0 V-2.5 V至10 V 精密電壓基準(zhǔn):可編程至2.000 V或10.000 v 單或雙電源操作 較大的供電電壓范圍:4.5 V至36 V電源 輸入緩沖放大器 開環(huán)警鐘 可選外置通過晶體管，以減少自熱誤差 0.002 典型的非線性 7如圖3-8所示 圖3-8 AD694接線圖3.3.3 調(diào)節(jié)閥 本設(shè)計(jì)采用HRTP-64KE電動調(diào)節(jié)閥。 HRTP系列智能電動單座調(diào)節(jié)閥是HR智能電動調(diào)節(jié)閥系列產(chǎn)品之一，它由HRL智能型電動執(zhí)行器與優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)閥門相組合構(gòu)成，是一種高性能的調(diào)節(jié)閥，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、

43、醫(yī)藥、鍋爐、輕工等行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受420mA/412mA/1220mA/05V/15V等控制信號，改變閥門的開度，同時將閥門開度的隔離信號反饋給控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)。（1）主要特點(diǎn) 配用HRL智能型直行程電動執(zhí)行器，體積小、規(guī)格全、重量輕、推力大、操作方便，無調(diào)整電位器，可靠性高、 噪聲小。 HRL電動執(zhí)行器采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有自診斷功能，使用和調(diào)校十分方便。 有數(shù)字顯示窗口，可看到控制信號值、閥位值。 HRL智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能：帶斷控制信號故障判斷、報(bào)警及保護(hù)功能。即斷信號時可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)或開； 或關(guān)；或保持；或在0100%之間予置的任

44、意位置。及帶閥門堵轉(zhuǎn)故障判斷、報(bào)警及保護(hù)功能。TP系列采用頂端導(dǎo)向，單座密封機(jī)構(gòu)。與其它同類調(diào)節(jié)閥相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、額定流量系數(shù)大，閥座泄漏量小等突出優(yōu)點(diǎn)。另外，帶有軟密封結(jié)構(gòu)的TP系列既有調(diào)節(jié)功能又有切斷功能，是一種調(diào)節(jié)切斷型的調(diào)節(jié)閥，也可作切斷閥用。（2）主要技術(shù)參數(shù) 1.執(zhí)行機(jī)構(gòu) 型 式：HRL智能型直行程機(jī)構(gòu) 輸入信號：420mADC/412mA/1220mA/05VDC/15VDC 輸入阻抗：250/500K 輸出信號：420mADC 輸出最大負(fù)載：650 斷信號閥位置：可任意設(shè)置為保持/全開/全關(guān)/0100%間予置的任意值 電 源：220V10%/50Hz 推力規(guī)格：1KN、2K

45、N、4KN、8KN、10KN、16KN、20KN、25KN 閥作用型式：任意設(shè)置正/反作用 保護(hù)等級：IP65 基本誤差：1.0% 死 區(qū)：1.0% 回 差：1.0%2.閥體 公稱通徑：20150mm 公稱壓力：PN1.6、4.0、6.4MPa 連接形式：法蘭連接按JB79-94標(biāo)準(zhǔn)材 料：WCB、WC6、1Cr18Ni9、CF8M 上 閥 蓋：常溫型：-17+220 延 長 型：-5017； +220+420 填 料：聚四氟乙烯、四氟石棉、石墨3. 閥內(nèi)組件 閥內(nèi)結(jié)構(gòu)：上導(dǎo)向柱塞型單閥芯金屬密封、軟密型（使用溫度低于200） 材 料：10Cr18Ni9、1Cr13、316+N0.6 流量特性

46、：線性、等百分比、快開 泄 漏 量：ABS1、B16、104，金屬密封IV、V級軟密封VI級 基本誤差：1.0% 死 區(qū)：1.0% 可調(diào)范圍：50:13.4 鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)3.4.1 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。 1.鍵盤輸入的特點(diǎn) 鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的集合。通常，鍵盤開關(guān)利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合斷作用。 2.按鍵的確認(rèn) 鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電平表示鍵斷開，低電平則表示鍵閉合，通過對行線電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。3.如何消除按鍵的抖動常采用軟件來消除按鍵抖

47、動。 （1）鍵盤接口的工作原理常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式鍵盤接口和行列式鍵盤接口。 1）獨(dú)立式鍵盤接口獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接一根輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下。在按鍵數(shù)目較多時，獨(dú)立式鍵盤電路需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。各種獨(dú)立式鍵盤中，各按鍵均采用了上拉電阻，這是為了保證在按鍵斷開時，各I/O口有確定的低電平，當(dāng)然如果輸入口線內(nèi)部已有上拉電阻，則外電路的上拉電阻可省去。92）行列式鍵盤接口行列式鍵盤適用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場，行列式鍵盤與獨(dú)

48、立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口線。 （2）行列式鍵盤工作原理 按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。 （3）按鍵的識別方法 掃描法 線反轉(zhuǎn)法（1） 鍵盤的編碼 對于獨(dú)立式鍵盤，由于按鍵的數(shù)目比較少，可根據(jù)需要靈活編碼。對于行列式鍵盤，按鍵的位置有行號和列號唯一確定，所以常常采用依次排列鍵號的方式對鍵盤進(jìn)行編碼。 本設(shè)計(jì)采用行列式鍵盤。（2）鍵盤的工作方式 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是單片機(jī)的工作內(nèi)容之一。單片機(jī)在忙于各種工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤的

49、輸入，取決于鍵盤的工作方式鍵盤工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的繁忙情況而定，其原則是既要保證能及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時間。通常，鍵盤的工作方式有3種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。1.編程掃描方式這種方式就是只有當(dāng)單片機(jī)空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，反復(fù)的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，來響應(yīng)鍵盤的輸入要求。2. 定時掃描工作方式單片機(jī)對鍵盤的掃描也可采用定時掃描方式，即每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機(jī)內(nèi)的定時器，產(chǎn)生10ms的中斷，CPU響應(yīng)定時器溢出中斷請求，對鍵盤進(jìn)行掃描，在有按鍵按下時識別出該鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵

50、的處理功能程序。3. 中斷工作方式為進(jìn)一步提高單片機(jī)掃描鍵盤的工作效率，可采用中斷掃描方式，既只有在鍵盤有鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤。3.4.2 顯示電路設(shè)計(jì)LED是發(fā)光二極管英文的縮寫。LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，LED顯示器在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。常用的LED顯示器分為8段，每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管。這種顯示器共有共陰極和共陽極兩種顯示。LED顯示器有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示2種顯示方式。1. LED靜態(tài)顯示方式 LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極或共陽極連接在一起并接地；每位的段碼線分別與1個8位的鎖存器輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，是因?yàn)楦鱾€LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直接送入另一個字符的段碼為止。 2.LED動態(tài)顯示方式在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并